一种飞轮-火电联合调频容量与参数协同优化方法及系统

本发明涉及电网调频领域，特别是涉及一种飞轮-火电联合调频容量与参数协同优化方法及系统。

背景技术：

1、构建新型电力系统已成为现在着重关注的项目。截至2023年4月底，风电、光伏装机占中国发电装机的30.9％。由于风电、光伏发电具有很强的间歇性、波动性，可再生能源大规模并网运行对电网频率稳定带来了新的挑战，作为电网频率主要支撑的火电机组需承担更多地调频任务。随着不断地发展，提高机组一次调频性能考核系数，对火电机组一次调频性能提出更高的要求。因此，提升火电机组一次调频能力对于电网频率稳定，提升电厂经济效益具有重要意义。

2、飞轮储能作为一种物理储能装置，具有响应速度快、效率高、寿命长等特点，非常契合一次调频短时功率大、持续时间短、充放电频次高的特性。推动飞轮储能技术在电网调频方面的应用，容量配置和控制参数优化是一个重要课题。

3、然而，当前的研究，要么固定容量开展飞轮控制策略的研究，要么固定控制参数开展容量配置研究，两者相互独立，缺乏综合考虑。

4、因此，为解决新型电力系统中火电机组一次调频能力不足以及磨损问题，并实现系统效益最大化，亟需提供一种提升机组调频性能以及减少机组磨损的飞轮-火电一次调频协调控制策略和容量配置方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种飞轮-火电联合调频容量与参数协同优化方法及系统，能够提升机组调频性能以及减少机组磨损。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种飞轮-火电联合调频容量与参数协同优化方法，包括：

4、获取电网频率以及火电机组一次调频指令；

5、当电网频率超出死区时，根据火电机组一次调频指令分解的高频分量、飞轮虚拟下垂控制功率指令以及引入以soc为自变量的logistic回归函数对飞轮出力限制，确定调频时飞轮实际充放电功率；并确定火电补偿值；

6、根据火电机组一次调频指令分解的高频分量以及火电补偿值确定飞轮响应的高频分量；

7、根据火电机组一次调频指令分解的低频分量以及火电补偿值确定火电机组应发功率；

8、根据调频时飞轮实际充放电功率、飞轮响应的高频分量、火电机组应发功率，考虑机组一次调频考核电量、机组磨损、污染物排放，建立以全生命周期净现值最大为目标的飞轮-火电容量配置与调频参数协同优化模型；

9、根据飞轮-火电容量配置与调频参数协同优化模型，采用粒子群算法，确定飞轮容量配置和控制策略参数。

10、可选地，所述当电网频率超出死区时，根据火电机组一次调频指令分解的高频分量、飞轮虚拟下垂控制功率指令以及引入以soc为自变量的logistic回归函数对飞轮出力限制，确定调频时飞轮实际充放电功率；并确定火电补偿值，具体包括：

11、利用公式pr＝pf+ph＝-kfδf+ph确定飞轮理论功率指令；

12、利用确定放电功率和充电功率；

13、利用公式确定调频时飞轮实际充放电功率；

14、利用公式确定火电补偿值；

15、利用公式确定电荷状态soc；

16、其中，pr为飞轮理论功率指令，pf为飞轮虚拟下垂控制功率指令，ph为火电机组一次调频指令分解的高频分量，δf为电网频率偏差，kf为飞轮单位调节功率，pd为放电功率，pc为充电功率，prated为飞轮额定功率，soc,max为电荷状态soc最大值，soc,min为电荷状态soc最小值，k1、p0、p1、b、r为常量，pact为调频时飞轮实际充放电功率，soc(t)为t时刻的电荷状态soc，soc(t+1)为t+1时刻的电荷状态soc，erated为飞轮额定容量，pin(t)为t时刻的飞轮内部功率，ηc、ηd分别为充电效率、放电效率，δt为采样时间。

17、可选地，所述根据火电机组一次调频指令分解的高频分量以及火电补偿值确定飞轮响应的高频分量，具体包括：

18、利用公式pfh＝ph-pb确定飞轮响应的高频分量pfh。

19、可选地，所述根据火电机组一次调频指令分解的低频分量以及火电补偿值确定火电机组应发功率，具体包括：

20、利用公式pg,r＝pl+pb确定火电机组应发功率pg,r；

21、其中，pl为火电机组一次调频指令分解的低频分量。

22、可选地，所述根据调频时飞轮实际充放电功率、飞轮响应的高频分量、火电机组应发功率，考虑机组一次调频考核电量、机组磨损、污染物排放，建立以全生命周期净现值最大为目标的飞轮-火电容量配置与调频参数协同优化模型，具体包括：

23、a＝max(pnet)＝max(nres+np+ne-cinv-co,m-ce)；

24、其中，a为目标值，pnet为全寿命周期内一次调频净现值，nres为减少机组考核电量的间接收益，np为减少机组磨损的间接收益，ne为减少污染物排放的间接收益，cinv为初始投资成本，co,m为运行维护成本，ce为飞轮损失电量成本。

25、可选地，减少机组磨损的间接收益np为：

26、

27、其中，d为每年火电机组因频繁升降负荷导致的机组磨损成本，sp为每兆瓦火电机组因频繁爬坡产生的成本；pg(t)、pg(t+1)分别为火电机组在t和t+1时刻的实时功率，dpre为未加入飞轮前机组每年的磨损成本，dafter为加入飞轮后的磨损成本，tlcc为飞轮寿命周期，y为使用y年，r为贴现率。

28、可选地，减少污染物排放的间接收益ne为：

29、

30、其中，ks、kn、kc分别为单位电量脱硫、脱硝以及碳排放成本，pfh(t)为t时刻的飞轮响应的高频分量。

31、可选地，飞轮损失电量qe为：

32、

33、一种飞轮-火电联合调频容量与参数协同优化系统，包括：

34、获取模块，用于获取电网频率以及火电机组一次调频指令；

35、调频时飞轮实际充放电功率和火电补偿值确定模块，用于当电网频率超出死区时，根据火电机组一次调频指令分解的高频分量、飞轮虚拟下垂控制功率指令以及引入以soc为自变量的logistic回归函数对飞轮出力限制，确定调频时飞轮实际充放电功率；并确定火电补偿值；

36、飞轮响应的高频分量确定模块，用于根据火电机组一次调频指令分解的高频分量以及火电补偿值确定飞轮响应的高频分量；

37、火电机组应发功率确定模块，用于根据火电机组一次调频指令分解的低频分量以及火电补偿值确定火电机组应发功率；

38、优化模型确定模块，用于根据调频时飞轮实际充放电功率、飞轮响应的高频分量、火电机组应发功率，考虑机组一次调频考核电量、机组磨损、污染物排放，建立以全生命周期净现值最大为目标的飞轮-火电容量配置与调频参数协同优化模型；

39、调频容量配置和调频参数协同优化模块，用于根据飞轮-火电容量配置与调频参数协同优化模型，采用粒子群算法，确定飞轮容量配置和控制策略参数。

40、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

41、本发明所提供的一种飞轮-火电联合调频容量与参数协同优化方法及系统，为了缓解火电机组一次调频出力频繁波动问题，通过一阶低通滤波器将火电机组一次调频指令ppr分解为低频分量和高频分量，使飞轮承担高频分量；为避免飞轮过充、过放，引入以soc为自变量的logistic回归函数对飞轮出力限制；考虑机组一次调频考核电量、机组磨损、污染物排放，建立以全生命周期净现值最大为目标的飞轮-火电容量配置与调频参数协同优化模型，并利用粒子群算法求解该模型。本发明通过飞轮-火电联合系统一次调频时域仿真模型，根据火电机组一次调频指令分解的高频分量、火电补偿值以及火电机组一次调频指令分解的低频分量实现协调控制策略，解决了新型电力系统中火电机组一次调频能力不足以及磨损问题，进而提升了机组调频性能、减少机组磨损。